src/core/level/lvlgen.rs

   1 use common::{Point, Dimension};
   2 use std::rc::Rc;
   3 use noise::{NoiseFn, OpenSimplex, Seedable};
   4 use rand::Rng;
   5 use super::{Grid, Level, WallRegion};
   6 use {point, time_scope};
   7
   8 ////////// LEVEL GENERATOR /////////////////////////////////////////////////////
   9
  10 #[derive(Debug, Default)]
  11 pub struct LevelGenerator {
  12     pub seed: u32,
  13     pub iterations: u8,
  14     pub wall_smooth_radius: u8,
  15 }
  16
  17 impl LevelGenerator {
  18     pub fn new(seed: u32) -> Self{
  19         LevelGenerator {
  20             seed,
  21             iterations: 5,
  22             wall_smooth_radius: 2,
  23         }
  24     }
  25
  26     pub fn generate(&self) -> Level {
  27         dbg!(self);
  28         time_scope!("level generation");
  29
  30         let cell_size = 20;
  31         let (width, height) = (2560 / cell_size, 1440 / cell_size);
  32
  33         let mut grid = Grid {
  34             cell_size: (cell_size, cell_size).into(),
  35             size: (width, height).into(),
  36             cells: vec!(vec!(true; height); width),
  37         };
  38
  39         // start with some noise
  40 //      self.simplex_noise(&mut grid);
  41         self.random_noise(&mut grid);
  42
  43         // smooth with cellular automata
  44         self.smooth(&mut grid);
  45 //      grid.smooth_until_equilibrium(&mut grid);
  46
  47         // increase resolution
  48         for _i in 0..1 {
  49             grid = self.subdivide(&mut grid);
  50             self.smooth(&mut grid);
  51 //          self.smooth_until_equilibrium(&mut grid);
  52         }
  53
  54         self.filter_regions(&mut grid);
  55
  56         let walls = self.find_walls(&grid);
  57         Level::new(point!(0.0, 0.1), grid, walls)
  58     }
  59
  60     #[allow(dead_code)]
  61     fn simplex_noise(&self, grid: &mut Grid<bool>) {
  62         let noise = OpenSimplex::new().set_seed(self.seed);
  63         self.set_each(grid, |x, y| noise.get([x as f64 / 12.0, y as f64 / 12.0]) > 0.055, 1);
  64     }
  65
  66     #[allow(dead_code)]
  67     fn random_noise(&self, grid: &mut Grid<bool>) {
  68         let mut rng: rand::prelude::StdRng = rand::SeedableRng::seed_from_u64(self.seed as u64);
  69         let noise = OpenSimplex::new().set_seed(self.seed);
  70         self.set_each(grid, |_x, _y| rng.gen_range(0, 100) > (45 + (150.0 * noise.get([_x as f64 / 40.0, _y as f64 / 10.0])) as usize), 1); // more horizontal platforms
  71         // let w = self.width as f64;
  72         // self.set_each(|_x, _y| rng.gen_range(0, 100) > (45 + ((15 * _x) as f64 / w) as usize), 1); // opens up to the right
  73     }
  74
  75     #[allow(dead_code)]
  76     fn smooth(&self, grid: &mut Grid<bool>) {
  77         let distance = 1;
  78         for _i in 0..self.iterations {
  79             let mut next = vec!(vec!(true; grid.size.height); grid.size.width);
  80             for x in distance..(grid.size.width - distance) {
  81                 for y in distance..(grid.size.height - distance) {
  82                     match self.neighbours(&grid.cells, x, y, distance) {
  83                         n if n < 4 => next[x][y] = false,
  84                         n if n > 4 => next[x][y] = true,
  85                         _ => next[x][y] = grid.cells[x][y]
  86                     }
  87                 }
  88             }
  89             if grid.cells == next {
  90                 break; // exit early
  91             } else {
  92                 grid.cells = next;
  93             }
  94         }
  95     }
  96
  97     #[allow(dead_code)]
  98     fn smooth_until_equilibrium(&self, grid: &mut Grid<bool>) {
  99         let distance = 1;
 100         let mut count = 0;
 101         loop {
 102             count += 1;
 103             let mut next = vec!(vec!(true; grid.size.height); grid.size.width);
 104             for x in distance..(grid.size.width - distance) {
 105                 for y in distance..(grid.size.height - distance) {
 106                     match self.neighbours(&grid.cells, x, y, distance) {
 107                         n if n < 4 => next[x][y] = false,
 108                         n if n > 4 => next[x][y] = true,
 109                         _ => next[x][y] = grid.cells[x][y]
 110                     };
 111                 }
 112             }
 113             if grid.cells == next {
 114                 break;
 115             } else {
 116                 grid.cells = next;
 117             }
 118         }
 119         println!("  {} iterations needed", count);
 120     }
 121
 122     fn neighbours(&self, grid: &Vec<Vec<bool>>, px: usize, py: usize, distance: usize) -> u8 {
 123         let mut count = 0;
 124         for x in (px - distance)..=(px + distance) {
 125             for y in (py - distance)..=(py + distance) {
 126                 if !(x == px && y == py) && grid[x][y] {
 127                     count += 1;
 128                 }
 129             }
 130         }
 131         count
 132     }
 133
 134     fn set_each<F: FnMut(usize, usize) -> bool>(&self, grid: &mut Grid<bool>, mut func: F, walls: usize) {
 135         for x in walls..(grid.size.width - walls) {
 136             for y in walls..(grid.size.height - walls) {
 137                 grid.cells[x][y] = func(x, y);
 138             }
 139         }
 140     }
 141
 142     fn subdivide(&self, grid: &mut Grid<bool>) -> Grid<bool> {
 143         let (width, height) = (grid.size.width * 2, grid.size.height * 2);
 144         let mut cells = vec!(vec!(true; height); width);
 145         for x in 1..(width - 1) {
 146             for y in 1..(height - 1) {
 147                 cells[x][y] = grid.cells[x / 2][y / 2];
 148             }
 149         }
 150         Grid {
 151             cell_size: (grid.cell_size.width / 2, grid.cell_size.height / 2).into(),
 152             size: (width, height).into(),
 153             cells
 154         }
 155     }
 156
 157     fn find_regions(&self, grid: &Grid<bool>) -> Vec<Region> {
 158         time_scope!("  finding all regions");
 159         let mut regions = vec!();
 160         let mut marked = vec!(vec!(false; grid.size.height); grid.size.width);
 161         for x in 0..grid.size.width {
 162             for y in 0..grid.size.height {
 163                 if !marked[x][y] {
 164                     regions.push(self.get_region_at_point(grid, x, y, &mut marked));
 165                 }
 166             }
 167         }
 168         regions
 169     }
 170
 171     fn get_region_at_point(&self, grid: &Grid<bool>, x: usize, y: usize, marked: &mut Vec<Vec<bool>>) -> Region {
 172         let value = grid.cells[x][y];
 173         let mut cells = vec!();
 174         let mut queue = vec!((x, y));
 175         marked[x][y] = true;
 176
 177         while let Some(p) = queue.pop() {
 178             cells.push(p);
 179             for i in &[(-1, 0), (1, 0), (0, -1), (0, 1)] {
 180                 let ip = (p.0 as isize + i.0, p.1 as isize + i.1);
 181                 if ip.0 >= 0 && ip.0 < grid.size.width as isize && ip.1 >= 0 && ip.1 < grid.size.height as isize {
 182                     let up = (ip.0 as usize, ip.1 as usize);
 183                     if grid.cells[up.0][up.1] == value && !marked[up.0][up.1] {
 184                         marked[up.0][up.1] = true;
 185                         queue.push(up);
 186                     }
 187                 }
 188             }
 189         }
 190
 191         Region { value, cells }
 192     }
 193
 194     fn delete_region(&self, grid: &mut Grid<bool>, region: &Region) {
 195         for c in &region.cells {
 196             grid.cells[c.0][c.1] = !region.value;
 197         }
 198     }
 199
 200     fn filter_regions(&self, grid: &mut Grid<bool>) {
 201         let min_wall_size = 0.0015;
 202         println!("  grid size: ({}, {}) = {} cells", grid.size.width, grid.size.height, grid.size.width * grid.size.height);
 203         println!("  min wall size: {}", (grid.size.width * grid.size.height) as f64 * min_wall_size);
 204
 205         // delete all smaller wall regions
 206         for r in self.find_regions(grid).iter().filter(|r| r.value) {
 207             let percent = r.cells.len() as f64 / (grid.size.width * grid.size.height) as f64;
 208             if percent < min_wall_size {
 209                 // println!("  delete wall region of size {}", r.cells.len());
 210                 self.delete_region(grid, r);
 211             }
 212         }
 213
 214         // delete all rooms but the largest
 215         let regions = self.find_regions(grid); // check again, because if a removed room contains a removed wall, the removed wall will become a room
 216         let mut rooms: Vec<&Region> = regions.iter().filter(|r| !r.value).collect();
 217         rooms.sort_by_key(|r| r.cells.len());
 218         rooms.reverse();
 219         while rooms.len() > 1 {
 220             self.delete_region(grid, rooms.pop().unwrap());
 221         }
 222     }
 223
 224     fn find_walls(&self, grid: &Grid<bool>) -> Vec<Rc<WallRegion>> {
 225         let mut walls = vec!();
 226         for r in self.find_regions(&grid) {
 227             if r.value {
 228                 let outline = r.outline(&grid.cell_size);
 229                 let mut floats = outline.iter().map(|p| point!(p.x as f64, p.y as f64)).collect();
 230                 self.smooth_wall(&mut floats, self.wall_smooth_radius as isize);
 231                 let wall = WallRegion::new(floats);
 232                 walls.push(wall);
 233             }
 234         }
 235         walls
 236     }
 237
 238     fn smooth_wall(&self, points: &mut Vec<Point<f64>>, radius: isize) {
 239         let idx = |n| (n as isize + points.len() as isize) as usize % points.len();
 240         let mut new_points = points.clone();
 241         for i in 0..points.len() {
 242             new_points[i] = ((i as isize + 1 - radius)..=(i as isize + radius))                  // aggregates all points from -radius to +radius
 243                 .fold(points[idx(i as isize - radius)], |acc, o| acc + points[idx(o)]) // with addition
 244                 / (radius * 2 + 1) as f64;
 245         }
 246         *points = new_points;
 247     }
 248 }
 249
 250 ////////// REGION //////////////////////////////////////////////////////////////
 251
 252 struct Region {
 253     value: bool,
 254     cells: Vec<(usize, usize)>,
 255 }
 256
 257 impl Region {
 258     fn enclosing_rect(&self) -> (usize, usize, usize, usize) {
 259         let mut min = (usize::MAX, usize::MAX);
 260         let mut max = (0, 0);
 261         for c in &self.cells {
 262             if      c.0 < min.0 { min.0 = c.0; }
 263             else if c.0 > max.0 { max.0 = c.0; }
 264             if      c.1 < min.1 { min.1 = c.1; }
 265             else if c.1 > max.1 { max.1 = c.1; }
 266         }
 267         (min.0, min.1, 1 + max.0 - min.0, 1 + max.1 - min.1)
 268     }
 269
 270     pub fn outline(&self, scale: &Dimension<usize>) -> Vec<Point<isize>> {
 271         let rect = self.enclosing_rect();
 272         let (ox, oy, w, h) = rect;
 273         let grid = self.grid(&rect);
 274         let mut marked = vec!(vec!(false; h); w);
 275         let mut outline = vec!();
 276         let mut directions = vec!((1, 0), (1, 1), (0, 1), (-1, 1), (-1, 0), (-1, -1), (0, -1), (1, -1)); // 8 directions rotating right from starting direction right
 277         let multiplier = (scale.width as isize, scale.height as isize);
 278         let offset = (scale.width as isize / 2, scale.height as isize / 2);
 279
 280         let start = self.find_first_point_of_outline(&rect, &grid);
 281         let mut p = start;
 282         marked[p.x as usize][p.y as usize] = true;
 283         loop {
 284             outline.push((p + (ox as isize, oy as isize)) * multiplier + offset);
 285             self.find_next_point_of_outline(&grid, &mut p, &mut directions);
 286             if p == start {
 287                 break;
 288             }
 289             marked[p.x as usize][p.y as usize] = true;
 290         }
 291
 292         outline
 293     }
 294
 295     #[allow(dead_code)]
 296     fn print_grid(&self, grid: &Vec<Vec<bool>>) {
 297         let w = grid.len();
 298         let h = grid[0].len();
 299         let mut g = vec!(vec!(false; w); h);
 300         for x in 0..w {
 301             for y in 0..h {
 302                 g[y][x] = grid[x][y];
 303             }
 304         }
 305         println!("grid {} x {}", w, h);
 306         print!("    ");
 307         for n in 0..w {
 308             print!("{}", n % 10);
 309         }
 310         println!();
 311         for (n, row) in g.iter().enumerate() {
 312             print!("{:>3}|", n);
 313             for col in row {
 314                 print!("{}", if *col { "#" } else { " " });
 315             }
 316             println!("|");
 317         }
 318     }
 319
 320     fn grid(&self, rect: &(usize, usize, usize, usize)) -> Vec<Vec<bool>> {
 321         let (x, y, w, h) = rect;
 322         let mut grid = vec!(vec!(false; *h); *w);
 323         for c in &self.cells {
 324             grid[c.0 - x][c.1 - y] = true;
 325         }
 326         grid
 327     }
 328
 329     fn find_first_point_of_outline(&self, rect: &(usize, usize, usize, usize), grid: &Vec<Vec<bool>>) -> Point<isize> {
 330         let (ox, oy, w, h) = rect;
 331         let is_outer_wall = (ox, oy) == (&0, &0); // we know this is always the outer wall of the level
 332         for x in 0..*w {
 333             for y in 0..*h {
 334                 if is_outer_wall && !grid[x][y] {
 335                     return point!(x as isize, y as isize - 1); // one step back because we're not on a wall tile
 336                 }
 337                 else if !is_outer_wall && grid[x][y] {
 338                     return point!(x as isize, y as isize);
 339                 }
 340             }
 341         }
 342         panic!("no wall found!");
 343     }
 344
 345     fn find_next_point_of_outline(&self, grid: &Vec<Vec<bool>>, p: &mut Point<isize>, directions: &mut Vec<(isize, isize)>) {
 346         directions.rotate_left(2);
 347         loop {
 348             let d = directions[0];
 349             if self.check(*p + d, grid) {
 350                 *p += d;
 351                 break;
 352             }
 353             directions.rotate_right(1);
 354         }
 355     }
 356
 357     fn check(&self, p: Point<isize>, grid: &Vec<Vec<bool>>) -> bool {
 358         if p.x < 0 || p.x >= grid.len() as isize || p.y < 0 || p.y >= grid[0].len() as isize {
 359             false
 360         } else {
 361             grid[p.x as usize][p.y as usize]
 362         }
 363     }
 364 }